典型商船的軸系布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、典型商船的軸系布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：文中主要介紹了商船軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，安裝時應(yīng)注意的問題目錄：1 軸系的任務(wù),組成，與設(shè)計要求2 軸系的種類3 軸系工作條件及故障4 軸系布置設(shè)計流程5 軸線的確定及數(shù)目6軸線及軸線長度的確定7 軸承的設(shè)置，間距和位置8 軸承負(fù)荷及負(fù)荷計算中支點(diǎn)位置的確定9 軸承的比壓許用范圍引言：船舶軸系的布置與設(shè)計在船舶建造過程中是一個非常重要的環(huán)節(jié)，此設(shè)計的任務(wù)是使讀者獲得必要的專業(yè)入門知識，增加對商船軸系布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計的了解和興趣。開拓視野，拓展相關(guān)專業(yè)知識，以有利于學(xué)好本專業(yè)的其他課程和將來的工作。本設(shè)計系統(tǒng)的介紹了商船軸系的工作原理，性能特點(diǎn)，典型結(jié)構(gòu)，裝調(diào)要修要

2、點(diǎn)等。全文共分為10章，重點(diǎn)詳細(xì)介紹了軸系的布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于本人水平有限，加之時間倉促，文中謬誤和不足之處懇請老師及讀者批評指正，以期日后改正。1軸系的任務(wù)，組成與設(shè)計要求：軸系的任務(wù)：船舶軸系是船舶動力裝置中的重要組成部分，承擔(dān)著將主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳。在講螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力傳遞給船體實現(xiàn)推船航行的目的。船舶軸系的結(jié)構(gòu)較為簡單。但作用十分重大，維護(hù)管理好軸系，對保證船舶的安全航行至關(guān)重要。軸系的組成：船舶軸系是主機(jī)輸出端法蘭起至艉軸為止，連接主機(jī)和螺旋槳。對于直接傳動的推進(jìn)系統(tǒng)，包括傳遞功率的傳動軸等零部件，主要有：推力軸和推力軸承，中間軸和中間軸承，尾軸承以及其他附件等；對于間

3、接傳動的推進(jìn)系統(tǒng)，除有上述傳動軸和軸承外，還有離合器，彈性聯(lián)軸器和減速齒輪箱等部件。2軸系的種類單軸系：單軸系軸線布置于船體的中縱剖面上，并平行于船體基線。單軸系的長度主要由中間軸數(shù)目來定，而中間軸的數(shù)目則取決于機(jī)艙的位置。中機(jī)艙的中間軸數(shù)量多軸系長。凡具有兩節(jié)或兩節(jié)以上中間軸的軸系稱為長軸系；尾機(jī)艙的中間軸數(shù)量少，甚至沒有中間軸，軸系較短。凡具有一節(jié)中間軸或無中間軸的軸系稱為短軸系。軸系短不僅便于船艙布置，節(jié)省船舶建造費(fèi)用，而且便于維護(hù)管理。所以日前造船趨勢都是采用尾機(jī)艙或近尾機(jī)艙的船舶結(jié)構(gòu)。單軸系的特點(diǎn)是直接傳動，結(jié)構(gòu)簡單可靠，傳動損失小，便于操縱。單軸系多用于大型海船。拖輪及內(nèi)河中小型船

4、舶，如油船，集裝箱船及散貨船等。雙軸系：兩個軸系分別平行對稱布置在船體中縱剖面的兩側(cè)，相對船體基線略有傾斜，以保證螺旋槳充分沒入水中。由于船體結(jié)構(gòu)的限制，螺旋槳至尾軸管得距離較遠(yuǎn)，尾軸較長，徐在船體外部設(shè)置人字架托住懸伸于船外的尾軸。為了便于拆裝將尾軸分為兩段制造，中間用聯(lián)軸器連接。在船體尾軸管內(nèi)的軸段仍稱為尾軸；懸伸在船外的軸段與螺旋槳連接，并由人字架支撐，這段軸稱為螺旋槳軸。雙軸系船舶具有高速，機(jī)動性好和生命力強(qiáng)的特點(diǎn)。但雙軸系為雙機(jī)雙槳，建造和修理工作量大，費(fèi)用高。一般多用于客船和軍用艦船。3軸系工作條件及故障船舶軸系的主要零件-中間軸，艉軸等雖然結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，重量大，一般軸長無與

5、軸徑D之比超過10，所以是擾性軸，容易產(chǎn)生變形。軸系位于船體水線以下部位，運(yùn)轉(zhuǎn)時不僅受到主機(jī)傳動的扭矩作用，軸系自重引起的彎曲變形，而且還受到螺旋槳產(chǎn)生的阻力矩和推理作用。此外，還受到軸系校中，安裝，船體變形，船舶振動及螺旋漿水動力等引起的附加應(yīng)力的周期作用。船舶的緊急停車，頻繁的動操車，或者在臺風(fēng)大浪中劇烈搖擺時，上述情況就更加嚴(yán)重，并使軸承負(fù)荷加重。傳動軸工作表面與軸承的相對運(yùn)動還會產(chǎn)生過度磨損，在海水和滑油介質(zhì)中受到腐蝕。所以，船舶軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生聲音異常，振動，軸承溫度過高，傳動軸磨損加劇，密封裝置泄漏等損壞，嚴(yán)重對甚至產(chǎn)生斷軸事故。論及人員應(yīng)做好日常的維護(hù)修理，使軸系處于良好的拘束

6、狀態(tài)并應(yīng)掌握船舶軸系的有關(guān)理論知識和試驗方法。4軸系布置設(shè)計流程首先確定軸線及軸段的配置；再決定軸承位置和間距等，繪制相關(guān)草圖，再根據(jù)規(guī)范計算確定了基本軸徑，且軸的主要尺寸初步確定的前提下，即可進(jìn)行軸系的強(qiáng)度校核。有鞋船舶軸系還要進(jìn)行必要的震動計算和合理校中計算。然后進(jìn)行軸系部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及選型。最后繪制軸系布置圖。艉軸尾管總圖及有關(guān)部件圖紙。5軸線的確定及數(shù)目主機(jī)或推進(jìn)機(jī)組輸出法蘭中心與螺旋槳中心的連線稱為軸線，也稱為軸系理論中心線。軸線的數(shù)目：軸線的數(shù)目取決于船型，航行性能，生命力，主機(jī)型式和數(shù)量，經(jīng)濟(jì)型，可靠性等因素。軸線的數(shù)目早在總體初步設(shè)計階段已決定。大型貨船，油船多采用單軸線；對于要

7、求航速高，操縱靈活，機(jī)動性好，工作可靠，而吃水受到一定限制的客船，拖船，集裝箱船及其他有特殊要求的船舶，多采用兩根軸線；軍船為了提高生命力，航速，和機(jī)動性，多采用三根，甚至四根軸線。6軸線及軸段長度的確定軸線是一根線段，它的長度與位置決定于兩個端點(diǎn)。前端點(diǎn)位主機(jī)或推進(jìn)機(jī)組的輸出法蘭中心，后端點(diǎn)為螺旋槳的槳轂中心。在軸線總長度確定之后，統(tǒng)籌考慮船體尾部線型和結(jié)構(gòu)，隔艙壁位置，各軸承負(fù)荷情況，工廠的加工能力以及軸系在機(jī)艙內(nèi)的裝拆要求等因素，決定螺旋槳軸，中間軸等傳動軸的配置及各軸段長度。7軸承的設(shè)置軸承數(shù)目，間距的大小和位置安排，對軸的彎曲變形，應(yīng)力和軸承工作狀態(tài)均有很大的影響。若處理不當(dāng)，會使軸

8、承負(fù)荷不均勻，造成發(fā)熱和加速磨損，從而影響軸系運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。軸系的間距：（1）中間軸承最小間距Lmin=24.9d2/3(cm) 式中d-軸徑，cm緣由：中間軸承底座通過螺栓與船體剛性連接，船體因受水壓，裝載等因素影響而產(chǎn)生變形（尤其垂向），軸承隨之變位，從而產(chǎn)生附加負(fù)荷。當(dāng)變位量一定時，軸承間距越小，它對軸線的牽制作用越大，其附加負(fù)荷也越大，故軸承的間距太小是不利的，應(yīng)對他有所限制。（2）中間軸承最大間距Lmax=7785(mm) 緣由：加大軸間距可以減小軸承的附加負(fù)荷，但軸間距要受到下列因素限制。軸系臨界轉(zhuǎn)速的限制。軸承跨距過大，易產(chǎn)生軸系的回轉(zhuǎn)震動和橫向振動。比壓和撓度的限制。增大軸承跨

9、距，減少軸承數(shù)量，使軸承比壓增加撓度增加，同時造成軸承負(fù)荷的不均勻性。工藝條件的限制。增大軸承跨距給軸系的制造和安裝帶來困難。軸承的位置：軸承應(yīng)安裝在船體結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，變性相對較小的部位。中間軸承多安裝在靠近法蘭處。8軸承負(fù)荷及負(fù)荷計算中支點(diǎn)的位置軸承負(fù)荷大小用軸承比壓P表示p=R/DL(N/mm2)，中間軸承L/8L/4式中；R-軸承負(fù)荷， N；D-軸頸直徑，m；L-軸承長度，m。軸系負(fù)荷計算中支點(diǎn)的位置中間軸承不長（約0.8倍軸徑），軸頸和軸承接觸比較均勻，支撐反力位置取軸承中點(diǎn)。對于尾軸管前軸承，其支撐反力位置與中間軸承相同，也取軸承中點(diǎn)。對于艉管后軸承或靠近螺旋槳的最后一道軸承，由于受到較

10、重的螺旋槳的選力矩，其受力情況不均勻，不能假設(shè)支撐點(diǎn)位為軸承的中點(diǎn)。如為木質(zhì)或橡膠軸承，如其長度為l那么其支點(diǎn)到軸承后端u常假定為u=(1/4-1/3)或者，取u=(0.5-0.8)dj如為白合金軸承，通常采用；u=0.5dj，式中；dj-艉軸基本直徑。以上兩公式是磨合穩(wěn)定以后的數(shù)據(jù)。工程上經(jīng)常采用使艉軸管中線與船體基線傾斜一定角度的做法，即所謂“斜鏜艉軸管”法。9軸承的比壓許用范圍如軸承負(fù)荷過重，超過了許用比壓，將導(dǎo)致軸承尋磨損，發(fā)熱及其它事故。遇到這種情況，不能輕易用加大軸承長度的方法來降低比壓，一般可采用減小軸承間距，降低軸承高度的方法。軸承負(fù)荷過小，甚至出現(xiàn)零值或負(fù)值，也是不允許的，這不僅影響軸承的正常工作，而且造成臨近軸承負(fù)荷過重。這是因為當(dāng)軸承負(fù)荷為零值或負(fù)值時，軸段于下軸瓦脫離，這樣，一方面使計算的負(fù)荷與實際不符，另一方面影響橫向震動的頻率的計算，設(shè)計者應(yīng)加大軸承間距；甚至取消一道軸承，以改變受力情況，也可以降低或升高其高度